Nghiên cứu khả năng mô phỏng khí hậu của mô hình cam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự• NHIÊN • • • ********* NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG MƠ PHỎNG KHÍ HẬU CỦA MỒ HÌNH CAM MÃ SỐ: QT-07-47 CHỦ TRÌ ĐẺ TÀI: TS TRẦN QUANG ĐỨC CÁC CẤN B ộ THAM GIA: TS ĐẢNG THỊ HÒNG THỦY ĐAI H O C Q U Ố C G IA HÀ NỘI ĨR U N G TÀM THÒNG TIN THƯ VIỆN D T / Ĩ O G HÀ NỘI 2007 ■ Báo cáo tóm tắt (tiếng Việt) a Tên đề tài “Nghiên cứu khả nâng mô khỉ hậu mơ hình C A M ', mã số Q T-07-47 b Chù trì đề tài: TS Trần Quang Đức c Các cán tham gia: TS Đặng Thị Hồng Thủy d M ục tiêu nội dung nghiên cứu M ục tiêu: - H iểu mơ hình CAM 3.0 - K hảo sát khả mô khí hậu cùa mơ hình CAM 3.0 Nội dung: - N ghiên cứu tính sờ, cấu trúc chương trình nguồn - Chạy thử nghiệm với kịch lựa chọn - Đánh giá bước đầu khả mô cùa mơ hinh - Tổng hợp, phân tích kết e Các kết đạt - Mô khí hậu mơ hình CAM 3.0 - Báo cáo tổng hợp phân tích kết - 01 báo - Đào tạo 01 cử nhân f Tình hình kinh phí đề tài (hoặc dự án) ST T M ục Nội dung Số tiền (đ) M ục 109 Thanh tốn dịch vụ cơng cộng (4%) 800.000,0 Thanh toán tiên điện, nước xây dựng sở Tiết 01 vật chất (4% tổng kinh phí; mức tối đa không vượt 10 triệu đồng/ năm ) M ục 110 Vật tư văn phòng 1.200.000,0 M ục 112 Hội nghị 4.000.000,0 Tiết 01 In, mua tài liệu (chế bản, in ấn báo cáo) Tiết 02 Bồi dưỡng báo cáo viên Tiết 06 Các khoản thuê mướn khác Tiết 15 Chi khác M ục 114 Chi phí thuê mướn Thuê lao động nước Tiết 07 M ục 119 Hợp đồng 7.000.000.0 Hợp đồng 5.000.000.0 Chi phí nghiệp vụ chun mơn ngành Tiết 15 Quản lý phí (4%) 2.000.000,0 T cộng 20.000.000,0 Băng chữ H m i triệu đông KIIOA QUẢN LÝ (Ký ghi rõ họ tên) CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI (Ký ghi rõ họ tên) _ TS Trần Quang Đức TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN INTRODUCTION P ro je c t n am e: Study on the climate simulability o f the model CAM No: QT-07-47 P ro je c t p re sid e n t: Ph.D Tran Quang Due, M eteorological Department, H ydro-M eteorological and Oceanography Faculty, University of Sciences C o lla b o to rs : Ph D Dang Thi Hong Thuy Research targets and contents: * Targets: - Studying on the atm ospheric climate model CAM 3.0 - Running and fist analysing simulability of the model CAM3.0 * Contents: - Stuying basic features, structure of CAM 3.0 - Experim ent runnings with given data - First verifying sim ulability of the model CAM3.0 - Sum m eraing and analysing the results Results: - Case study running and first verifying - Reports - 01 paper MỤC LỤC MỞ ĐÂU CHƯƠNG TÓM TẮT LỊCH SỪ PHÁT TRIỂN 1.1 CCMO v C C M l 1.2 C C M 1.3 C C M 1.4 CAM 3.0 thay đổi CHƯƠNG TÍNH NĂNG c SỞ, CÁU TRÚC, ĐỘNG L ự c VÀ VẬT LÝ CAM 3.0 2.1 Tính sở 2.2 Cấu trúc mơ hình CAM3.0 2.3 Động lực tham số hỏa vật l ý 12 2.3.1 Động lực 12 2.3.2 Tham số hóa vật l ý 16 CHƯƠNG MƠ PHỊNG KHÍ HẬUBẲNG MƠ HÌNH CAM3.0 30 3.1 Cấu hình thử nghiệm 30 3.2 Đánh giá sơ mơ hình với thành phần động lực 30 3.3 Đánh giá bước đầu khả nãng mơ khí hậu với động lực l e 34 3.3.1 Đánh giá định tín h 34 3.3.2 Đánh giá định lượng 41 KẾT LU Ậ N 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 MỞ ĐẦU Thời tiết khí hậu ln vấn đề quan trọng Xã hội phát triển nhu cầu thông tin thời tiết, khí hậu cần thiết Biết trước diễn biến trạng thái khí dù thời đoạn ngắn hay dài giúp hoạch định hiệu q cơng việc, phịng chống tốt thiên tai, giảm tối thiểu thiệt hại Riêng mảng khí hậu, nhà khoa học Việt nam nghiên cứu từ chục năm nay, nhừng nghiên cứu giúp hiểu rõ phần chất diễn biến khí hậu, có phân vùng khí hậu quan trọng hỗ chợ cho phát triển kinh tế xã hội Nhưng nhìn chung nghiên cứu đựa tảng phương pháp thống kê Phương pháp thống kê có ưu điểm mang tính chất khách quan, đơn giản dễ xây dựng mơ sử dụng nghiệp vụ Đặc điểm cùa phương pháp thống kê coi trình xảy tương lai tuân theo qui luật thu từ tập số liệu khứ, dẫn tới kết q mơ hình phụ thuộc nhiều vào tập mẫu Phương pháp thống kê có hạn chế chưa trạng thái khí tương lai phụ thuộc vào khứ có biến động bất ngờ Phương pháp khơng giúp nhiều việc hiểu bàn chất khí hậu Hơn chứng địa chất học, từ tài liệu phấn hoa sổ liệu lịch sử gần cho thấy khí hậu Trái Đất chịu biến đổi lớn khứ Khí hậu biên đổi tiếp tục biến đổi tương lai Những biển đổi gây ảnh hường đáng kể tới đời sống Trái Đất môi trường Trên giới chục năm Việt nam năm gần phương pháp số trị quan tâm phát triển mạnh Nội dung phương pháp mơ hình thủy động lực học đại Các mơ hình giúp mơ khí hậu khứ, diễn biến tương lai, trả lời câu hỏi “Nếu điều gỉ xẩy ra9”, thê chất vật lý khí hậu, bổ xung hạn chế cùa phương pháp thơng kê Có nhiều mơ hình sơ trị hậu mô hinh dành cho qui mô khác nhau, phát triển bơi nhiều tổ chức, nhiều quốc gia Mỗi mơ hình có ưu điểm riêng, mạnh riêng CAM 3.0 mơ hình số trị khí hậu riêng cho thành phẩn trung tâm hệ thống khí hậu tổng thể, thành phần “Khí quyển” CAM phát triển từ chục năm trước Trung tâm nghiên cứu khí quốc gia - Hoa Kỳ (NCAR), qua nhiều giai đoạn cải tiến nâng cấp, bổ xung, hồn thiện thay đơi tên, CAM 3.0 phiên cuối năm gần Đe đáp ứng nhu cầu học tập, giảng dậy tiệm cận dần với nhiên cứu giới lựa chọn đề tài “Nghiên cứu khả mơ ph ỏng khí hậu mơ hình C A M ” Đây đề tài mà nội đung tác giả thực phần đề tài cấp trường Đại học khoa học tự nhiên trước Nội dung đề tài phần mờ đẩu, kết luận tài liệu tham khảo chia làm chương: Chương 1: Tóm tắt lịch sử phát triển Chương 2: Tính sở, cấu trúc, động lực vật lý CAM 3.0 Chương 3: Mơ khí hậu bàng mơ hình CAM 3.0 Đe tài hoàn thành với hồ trợ kinh phí từ phía Trường Đại học khoa học tự nhiên, Hà nội, giúp đỡ Phịng Khoa học cơng nghệ Trường Đại học khoa học tự nhiên, ủng hộ nhiệt tình Ban chủ nhiệm Khoa Khí tượng Thủy vãn Hải dương học, đóng góp ý kiến nhà khoa học, đồng nghiệp tham gia đề tài tập thể cán Bộ mơn Khí tượng Nhân chúng tơi xin bày tỏ lịng biết on chân thành CHƯƠNG TĨM TẮT LỊCH SỪ PHÁT TRIÉN CAM 3.0 tên mơ hình khí hậu khí quyển, viết tắt bàng cách lấy chữ đâu tiên từ tiếng Anh “Community Atmosphere Model 3.0”, có nghĩa Mơ hình khí cộng đồng 3.0 1.1 CCMO VÀ CCM1 [5] Khoảng 15 năm gần đây, nhóm Khí hậu Động lực toàn cầu (Climate and Global Dinamics - CGD) thuộc Trung tâm nghiên cứu khí quốc gia - Hoa Kỳ (NCAR) xây dựng mơ hình tổng qt khí tồn cầu chiều Với mong muốn phổ biến rộng rãi, mơ hinh thiết kế có nhừng cơng cụ mang tính cộng đồng, nhiều người sử dụng, sáng tạo phát triển nên đặt tên uMơ hình khỉ hậu cộng đồng’' (Community Climate Model - CCM) Phiên gốc Mơ hình khí hậu cộng đồng Trung tâm nghiên cứu khí quốc gia, CCMOA (1982) CCMOB (1983), dựa sờ mơ hình phổ úc 1977, 1978 phiên đoạn nhiệt mơ hình phổ (1979) Phiên CCMOB thiêt kế cho mơ khí hậu phù họp với phiên trước CCMOA (có nghĩa đưa vào tham số hoá vật lý phép tính số gần đúng), cung cấp cấu trúc mềm dẻo cho việc nghiên cứu dự báo toàn cầu hạn trung hạn dài Thế hệ thứ hai mơ hình cộng đồng, CCM1, giới thiệu vào tháng năm 1987, bao gồm loạt thay đổi đáng kể mơ hình, chúng làm thay đồi việc mơ phịng khí hậu Những thay đổi bàn mơ hình bao gồm thay đồi tham số hố xạ, sửa lại kỹ thuật vi phân số động lực, sửa lại trình khuếch tán theo phương thẳng đứng phương ngang, thay đổi tới sơ đồ trao đổi lượng bề mặt 1.2CCM2 CCM2 hệ thứ ba cùa Mơ hình khí hậu cộng đồng, giới thiệu vào tháng 10 năm ỉ 992 Phiên kết quà gắng sức lớn nâng cấp, thể vật lý khoảng rộng q trình khí hậu, bao gồm: mây, xạ, đối lưu ẩm, lớp biên hành tinh vận chuyển lượng Mã nguồn CCM2 cấu trúc lại cho thoả mãn ba mục tiêu chính: - Dễ sử dụng nhiều, bao gồm linh hoạt sử dụng môi trường khác - Tiện lợi kết nối giao diện vật lý chuẩn - Kết nối công việc đơn lẻ khả đa nhiệm Cấu hình mơ hình chuẩn CCM2 có khác biệt so với phiên trước hầu hết khía cạnh, độ phân giải, CCM2 sử dụng độ phân giải phổ theo phương ngang T42 (bước lưới xấp xỉ 2,8x2,8 độ), với 18 mực theo phương thẳng đứng mực cứng 2,917 mb Thay đổi động lực bao gồm sừ dụng trục toạ độ thẳng đứng địa hinh lai, kết hợp sơ đồ Bán-Lagrangian cho vận chuyển ẩm theo phương ngang Những thay đổi vật lý bao gồm việc sử dụng gần ôEddington để tính hấp thụ xạ mặt trời, sừ dụng dạng đường Voigt để thực tế xạ hồng ngoại làm lạnh tầng bình lưu vv 1.3CCM3 CCM3 thể hệ thứ tư loạt Mơ hình khí hậu cộng đồng NCAR Có nhiều thay đối quan trọng lựa chọn tham số hoá vật lý, thay đổi động lực Chú trọng sửa đổi vật lý tiêu biểu q trình khí hậu riêng CCM3, sửa đổi để mô hình khí kết nối tiện lợi, phù hợp với mô hỉnh thành phần đất, đại dương, băng biển Có nghĩa thay đổi quan trọng đối VỚI mơ hình khí hướng tới hệ thống hố tốt nguồn lượng đinh bề mặt khí quyến So sánh với phiên CCM2 thay đổi nhóm thành nhóm: - Thay đổi truyền xạ qua cột khơng khí có khơng có mây; - Thay đổi q trình thuỷ văn (những thay đổi lớp biên, đối lưu ẩm trao đổi lượng bề mặt); - Ket nối mơ hình bê mặt đât phức tạp; - Ket nối thành phần đại dương lớp xáo trộn mỏng/nhiệt động lực biền băng; - Lựa chọn thay đổi khác có tính hình thức, mà khơng gây thay đổi tới chất mơ hình hậu 1.4 CAM 3.0 VÀ NHỮNG THAY ĐÔI c BẢN CAM 3.0 thé hệ thứ năm Mơ hình khí hậu toàn cầu cùa NCAR Tên sửa đổi từ “M5 hình khỉ hậu cộng đồng" thành “Mỡ hình khí cộng đong'’’ để phản ánh vai trò CAM 3.0 hệ thống khí hậu kết nối đầy đủ Khác hẳn với hệ mơ hình khí trước, CAM 3.0 thiết kế qua kết họp người dụng người xây dựng Nhóm làm việc mơ hình khí (AMWG) AMWG bao gồm nhà khoa học NCAR, đại học tổng hợp cộng đồng, phịng thí nghiệm quốc gia Đối với CAM 3.0 AMWG đề xuất thừ nghiệm chi số động lực sơ đồ tham số hoá đối lưu khác nhau, số liệu thu từ thí nghiệm chia sẻ tự thành viên nhóm AMWG, thực tế thi với thành viên tổ chức khác Những thay đổi vật lý bao gồm: - Ngưng kết nước mây sử đụng sản phẩm dự báo Sửa đổi tham số hoá theo hướng thực tế cho bốc ngưng kết tác động q trình qui mơ lớn thay đổi phần mây; - Trọn gói nhiệt động lực băng biển; Thế rõ ràng phần phủ đất biển băng; - Mới, tồng quát, tiếp cận mềm dẻo việc tính tốn xạ: Những tham số hố tính tốn dịng xạ sóng ngẳn, sóng dài mức nhiệt lượng; - Tham số hố hấp thụ sóng dài phát xạ nước- - Cập nhật hạp thụ gân hồng ngoại cùa nước; - Nền sol khí đồng dạng thay bời số liệu khí hậu hàng ngàv sulíầt, muối biển, dioxitcarbon, bụi CAM 3.0 bao gồm chế tác động sol khí núi lừa tới xạ sóng ngắn sóng dài Những thay đơi có tính chât nâng cao khác như: THAM SỐ HĨA BỨC XẠ TRONG MƠ HÌNH KHÍ HẬU KHÍ QUYỂN CAM3.0 TS Trần Quang Đức Khoa Khí tượng-Thủy văn hải dương học Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG Hà Nội CAM3.0 mơ hình khí hậu khí quyến 3-chiều hệ thứ năm, phiên bàn gần đáy thiết kế Trung Tâm Nghiên Cứu Khí Quyến Qc Gia - Hoa Kỳ (NCAR) Tham sơ hóa thành phán rât quan trọng mơ hình so trị, đặc biệt mơ hình hậu Tham số hóa CAM3.0 gồm năm mảng chính: Tham số hóa xạ, giáng thúy, mây, dịng bề mặt xảo trộn roi Với số liệu từ nguồn cùa NCEP/NCAR, sử dụng CAM3.0 chạy mỏ hạn dài, tiến hành đánh giá bước đầu cho hai năm ỉựa chọn ngẫu nhiên CAM 3.0 tên mơ hình khí hậu khí quyển, viết tat cách lấy chữ từ tiếng Anh “Community Atmosphere Model 3.0”, có nghĩa “Mó hình khí cộng đồng 3.0" [5] Kết hợp động lực tham sổ hóa vật lý CAM 3.0phân tách rõ ràng phần tham số hóa vật lý phần động lực, dễ dàng thay biển đổi chúng cách độc lập Phương trình dự báo tổng quát cho biến y/ có dạng: ~ ^ = Đ{ụ/) + P{y/) ( 1) Õt tro n g đ ó y / b iế n d ự b o n h n h iệ t đ ộ , th n h p h ẩ n g ió n g a n g V V ,Z ) t h n h p h â n động lực p thành phần tham số hóa vật lý [5] Trong khuôn khổ báo tập chung sâu mơ tả thành phân tham số hóa xạ Giới thiệu hệ trục tọa độ thẳng đứng, động lực thê tích hữu hạn nói tới sổ báo trước [2], Tham sổ hóa vật lý [5] Tham số hóa CAM 3.0 bao gồm chuỗi thành phần, minh họa p= ỊM,C, R, s, T}, (2) M biểu thị (Moist) trình giáng thủy, c biểu thị mây (Cloud), R biểu thị xạ (Radiation), s biểu thị mơ hình đất (Surface model), T biểu thị xáo trộn rối (Turbulent mixing) Biêt rang xạ mặt trời nguồn lực điều khiển hệ thống khí hậu Hầu toàn xạ mặt trời (mang 99% lượng xạ) ảnh hường đến hệ thống khí hậu năm phân phổ sóng ngắn (Ắ < 4.0/um) Phần lớn lượng xạ hệ Khí quyển-Trái Đất hấp thụ phát trả dạng xạ sóng dài [4] Trong khn khơ báo chúng tơi xin giới thiệu tham sơ hóa xạ sóng ngắn đỉnh khí qun vả trun xạ sóng dài Tham sổ hóa xạ sóng ngắn Trong CAM 3.0, [1978] Năng lượng lượng mặt trời tính theo phương phápcủa Berger xạ mặt trời đỉnh khí mơ hình đượctínhbởi S l =$aP~2c°SM (3) So hàng số mặt trời, /J góc thiên đỉnh mặt trời, p ~ 2\à hệ số khoảng cách (phụ thuộc vào thời gian năm) Cho định dạng chuẩn, S0=1367 w /m Chu trình năm chu trình ngày chiếu nang mặt trời với xác 365 ngày với 24 trung bình Biểu thức xác định dao động năm ngày độ rọi mặt trời là: c o s/i - s in ^ s in ổ - c o s ^ c o s ổ c o s (//) (4) Ổ = arcsin(sin£,sin ẳ ) (5) p = * ~ g2— — + ecos(À - ã ) ũ = YỈ + [ự (6) (7) ệ = vĩ độ (radian), s = xích vĩ (radian), H = góc Mặt Trời, £ = độ nghiêng, Ằ - kinh độ thực Trái đất có liên quan đến điển xuân phân, e - hệ số lập dị ã = kinh độ điểm cận nhật +180° n = kinh độ điểm cận nhật dựa vào điểm phân cố định, [Ị/ = tiến động Góc //tro n g cơng thức tính COS n phụ thuộc vào ngày lịch d kinh độ mỏ hình: \ H =2ĩĩí d +-^— l 360° (8) = kinh độ mơ hình (đơ) bất đầu từ Greenwich chạy phía Đơng Ghi nơày lịch d liên tục biến đồi năm cập nhật bước thời gian mơ hình Giá trị d GMT cho ngày tháng ngày 31 tháng 12 364 Độ nghiêng £ xấp xi khai triển chuỗi theo kinh nghiệm đ ố i VỚI quỹ đạo Trái đẩt 47 £ = e* + 'ỵ i A jC S (fjt + j) (9) 7-1 A j , f j ỎJ xác định hiệu chỉnh số số hạng £*= 23.320556°, t thời gian (trong năm) Khai triển chuỗi cho hệ số lập dị: e - 7(ecosn)2 + (esinn)2 (10) Số hạng bên phải viết lại khai triển chuỗi: M J , g j Ị3j ước lượng từ hiệu chỉnh số Khi mà chuỗi tính, kinh độ điểm cận nhật tính theo: n = arctan e s in n ( 12) ecosIT Sự tiến động cho bời chuỗi thực nghiệm khác lị/ = ỹ t + £ + ỵ t Fj sin (f] t + 8)) (13) J= ỳ/ = ",= 3.392506°, F j, f j , Sj ước tính từ lời giải số cho quỹ đạo Trái đât Tính tốn Ẳ cần xác định hai kinh độ trung bình cho quỹ đạo Kinh độ trung bình ẲmQtại điểm xuân phân là: 3> e2 ( \ \ e ì _e ^—_ (l + /?)sin(ứ>)- — - + P sin (2 ) [2 J lv2 J + — i + /? jsin (3 )Ị (14) /? = V1- e Kinh độ trung bình là: n ( d - d ve) (15) 365 d v = 80.5 ngày lịch cho điểm xuân phân lúc trưa vào ngày 21 tháng Kinh độ thực tính bời: + ^ J ~ sin[3(A„ - ã)] (16) Tham số hóa xạ sóng dài Phương pháp sừ dụng CAM 3.0 mô tả truyền xạ sóng dài dựa vào cơng thức hấp thụ/ phát xạ [Ramanathan Downey, 1986] (17) P\ (18) p B (p )= T * (p ) định luật hệ Stefan-Boltzmann, p t p s áp suất đinh mơ hình bề mặt, a £ độ hấp thụ phát xạ 00 J{ d K ip ') 1d T ( p % \ - Tv(p ,p '))d v a ( p ’p,)= ° d B( pỳ d r ị p ) (19) \ BẮ P , í } ~ TÁ P n P ))dv (20 ) V biểu thị số sóng Bv(p)= Bv(r{p )) hàm Plank, Tv phát xạ khí T h iế t kế ch ạy mô p h ỏ n g đ ánh giá Chúng tiến hành chạy mô cho hai năm 1975 1980, với bước thời gian 1200 giây, miền tính tồn câu với lưới 64x128 (64 điêm theo kinh hướng 128 điểm theo vĩ hướng), chạy với điều kiện ban đầu, điều kiện biên SST (nhiệt độ mặt biển) từ nguồn số liệu NCEP (Trung tâm dự báo môi trường quốc gia-Hoa kỳ) cung cấp sơ đồ tham số hóa xạ mơ tà mục Ket đầu số liệu trung bình tháng [1,3] Trong khuôn khổ báo xin trích dẫn, hiên thị trường áp suất mực biển trung bình tháng cho tháng 1, 4, 7, 10 năin 1975 từ kêt q đâu cùa mơ hình (Hình lal, l bl , lcl ldl) Với mục đích đánh giá bước đầu đưa trường áp suất mực biển tương tự từ số liệu tái phân tích cùa NCEP gọi trường thực (Hình la2 lb2 lc2 ld2), đánh giá định tính phân cho năm 1980 tác già đua số báo 555 [2] Đánh giá định lượng cho nãm 1975 1980 cách đưa số số thống kê Đ ánh giá định tính al) a2) Hình 1: Bản đồ mơ áp suất mực biển (al, b l, c l, dl), đồ thực áp suất mực biển (a2, b2, c2, d2) đôi với tháng 1, 4, 7, 10 năm 1975 tương ứng Tháng năm 1975 trường áp suất mực biển tương đồng mô thực tế Nam Bán c ầ u (vào thời điểm mùa hè) (Hình lal, la2): dải áp suất thấp với giá trị khoảng 990 mb miền vĩ độ cao bao trùm gần tồn vịng vĩ tuyến, tâm dải áp cao cận nhiệt đới Nam Bán cầu có hướng lệch phía đơng đại dương đạt giá trị khoảng 1025 - 1030 mb, vùng áp thấp xích đạo chiếm khoảng rộng Indonesia bắc ú c vả lân cận, vùng áp thấp có hướng lệch phía Nam Bán cầu với giá trị khoảng 1000 - ì 005 mb Tháng 1, thời điểm Bắc Bán Câu mùa đơng, hình dạng vị trí tâm áp mô thực tế tương đối tương đồng, đặc biệt tâm áp cao Siberia, đông bẳc Thái Bình Dương, bắc Đại Tây Dương tâm thấp dải áp thấp quang rìa mép Bắc Cực: tâm áp thấp Scandinavia, Kamtatka băc Đại Tây Dương Tuy nhiên trường mô thực tể số nơi không tương đồng tây Bắc Mỹ nơi gần đường biên giáp danh biển lục địa, đồ mô tôn tâm ap cao vơi giá trị khoảng 1030 - ì 035 mb khí thực tế lại khơng tồn tâm có le mơ hình thể q hiệu ứng địa hình núi dịng biển ỉạnh hướng xích đạo Sang tháng 4, nhìn chung có tương đồng khơng tốt mơ thực tế vùng cực hai ban cầu, lại tương đối tốt miền vĩ độ thấp trung bình Dải áp thấp xích đạo so với tháng có dịch chun vê phía cực băc, rãnh áp thâp co vi trí gắn vịng vĩ tuyển 0° Vùng cận nhiệt đới với tâm áp cao năm gân vòng vĩ tuyến 30n hai bán câu Thang tháng hè Bắc Bán cầu dạng vị trí tâm áp cao? áp thấp tương đối tương đồng mô thực tế, nhiên vân khác biệt giá trị So với tháng tâm có độ lệch cực đại vê phía cực băc, rõ nét nhát vùng áp thấp bắc Án Độ Dương bán đảo Arập , : ; Tháng 10, tháng chuyển tiếp hai mùa nóng lạnh Băc Bán Câu Nam Bán Cầu Nhìn chung có tương đồng tốt dải miên khí hậu mơ phònơ thực tế Đặc biệt tương đồng tốt vùng áp thâp xích đạo tây Thái Binh Dương với giá trị 1000 - 1005 mb, vả dài áp cao cận nhiệt đới nam bán cầu Đánh giá định lượng , Mọt so cac đại lượng thọng kê thường dược sử dụng cho việc đánh giá ket qua cua mo hình dự bao sơ trị: Độ lệch hay sai số trung bình, Sai số tuyệt đối trung binh, Sai so trung binh binh phương quân phương Nêu ký hiệu N chuỗi dự báo, F, biêu thị dự báo thứ I, o, giá trị quan trấc tương ung ta co Độ lệch hay sai số trung bình (Mean Error) ME = ị t ( F, - ° , ) (1-8) Với giá trị ME năm khoảng (-oc,+oc) ME cho biết xu hướng lệch trung bình giá trị dự báo so với giá trị quan trắc, không phản ánh độ lớn sai số ME dương cho biêt giá trị dự báo vượt giá trị quan trắc ngược lại ME biêu diên lây giá trị trung bình dự báo trừ giá trị trung bình cùa quan trắc (19) Có nghĩa ta tính ME cho tháng, năm bàng cách lẩy trung bình yếu tố theo tháng, năm tương ứng sau thực phép trừ Sai sổ tuyệt đổi trung bình ((Mean Absolute Error) N = — Y \ f, - o \ (1.11) TVtr1 Với giá trị MAE nằm khoảng (0,+oc) MAE biểu thị độ lớn trung bình sai số khơng nói lên xu hướng lệch giá trị dự báo giá trị quan trắc m ae Sai so trung bình bình phương quán phương (Root Mean Square Error) XMSE=^ị(F,-0,) (1.19) Với giá trị RMSE nằm khoảng (0,+oc) Giống MAE, RMSE không chi xu hướng lệch giá trị dự báo giá trị quan trắc Khi so sánh sai số tuyệt đối trung bình MAE sai số trung bình bình phương qn phương RMSE ta có: nêu RMSE > MAE sai số lớn cịn RMSE - MAE tất sai số có độ lớn ME Hình 2: Sai số trung bình mơ thực tế ME (mb) cho năm 1975 1980 Trường áp suất mực biển mô cho nám 1975 1980 thiên lệch âm so với thực tế với ME biến thiên khoảng từ -3 tới gần bàng mb, từ -5 tới gần mb năm tương ứng Trong tháng mùa đông Bac Bán Câu ME đạt giá trị cực tiểu với giá trị nhỏ -ỉ mb tháng mùa hè ME đạt giá trị lớn nhât khoảng -3 - -4 mb (Hình 2) Hình 3: Sai sổ tuyệt đổi trung bình mơ thực tế MAE {mb) cho năm 1975 1980 Sai số áp suất mô thực tế không nhỏ với giá trị trung binh cúa sai số tuyẹt đối trung bình cho năm 1975 khoảng mb năm 1980 khoang ố mb (Hirih3) Tron° năm khác biệt lớn giá trị mô phòng thực tê vào tháng mùa hè Bắ°c Bán cầu với RMSE tháng 6, 7, năm 1975 khoảng 10 mb m e có giá trị khoảng mb Khác biệt nhỏ vào thời kỳ mùa đông Bắc Bán cầu với RM SE tháng 12, 1,2 năm 1975 khoảng 6,5 mb ME khoảng mb (Hình 4) Hình 4: Sai số trung bình bình phương qn phương mơ thực tế RMSE (mb) cho năm 1975 1980 K ế t luận Mơ hình CAM 3.0 - mơ hình khí hậu khí tồn cầu, biến dự báo qui định hai phần: động lực tham sổ hóa Cũng giống hầu hết mơ hình tồn cầu khác, tham số hóa vật lý gồm chuỗi thành phần: trình giáng thủy, mây , xạ, mơ hình đất, xáo trộn rối Tham số hóa xạ mơ tà sớ qui luật vật lý chia tách thành hai mảng con: tham số hóa xạ sóng ngan tham so hóa xạ sóng dài Mơ bước đầu cho hai năm 1975 1980 với kết số liệu trung bình tháng cho thấy trường áp suất mực biển tương đối tương đồng với trường thực, đặc biệt dải áp thấp xích đạo, dải áp cao cận nhiệt đới, dải áp vĩ độ trung bình dịch chuyển theo mùa rõ ràng trung tâm tác động Các tâm áp cao áp thấp mơ phịng có hình dạng vị trí gần trùng với thực tế, đặc biệt Nam Bán cầu tốt Bắc Bán cầu Trường mơ phịng có thiên hướng lệch âm so với trường thực với giá trị ME khoảng - -5 mb, độ lệch mô thực tê trung bình năm khoang mb {MAE) chênh lệch vào mùa hè Bấc Bán cầu lớn hãn mùa đông Đồng thời số cho thấy khả có thề hiệu chỉnh mơ hình tương lai Bài báo hồ trợ kinh phí đề tài QT-07-47 NCCB 705406 Tài liêu tham khảo Trần Quang Đức Nghiên cứu khả nâng khai thác mị hình Khi hậu CAM Đề tài cấp Trườne Đại học khoa học tự nhiên ĐHQG Hà Nội 2005 Trần Quang Đức, Mơ hình khí hậu khí CAM 3.0, Tạp chí Khí tượng thùy vãn, tr, 33, N° 555, tháng năm 2007 James R McCaa, Mathew Rothstein, Brian E Eeton, James M Rosinski, Erich Kluzek, Mariana Vertenstein User’s guide to the NCAR community atmosphere model (CAM 3.0), Technical Report NCAR, Boulder, 97 pp., June 2004 McGuffie K., Henderson-Sellers A A climate modelling primer- second edition, John Wiley & Sons, 246 pp., 1997 William D Collins, Philip J Rasch, Bigron A Boville, James J Hack, James R McCaa, David Williamson, Jaffrey T Kiehl, Bruce Briegleb Description of the NCAR community atmosphere model (CAM 3.0), Technical Report NCAR, Boulder, 210 pp., June 2004 10 TĨM TẮT CÁC CƠNG TRÌNH NCKH CỦA CÁ NHÂN Ngành: Khí tượng ; Chuyên ngành: Khí tượng khí hậu học Trần Quang Đức 2007 Tham số hóa xạ mơ hình khí hậu khí CAM3.0 Sẽ đăng Tạp chí Khí tượng Thủy văn số tới (có giấy xác nhận) CAM3.0 mơ hình khỉ hậu khí 3-chiểu hệ thứ năm, phiên gần thiết kế Trung Tâm Nghiên Cứu Khí Quyền Quốc Gia - Hoa Kỳ (NCAR) Tham sổ hóa thành phần quan trọng mơ hình số trị, đặc biệt đoi với mó hình khí hậu Tham sổ hóa CAM3.0 gồm năm màng chính: Tham sổ hóa xạ, giáng thủy, mây, dòng bề mặt xáo trộn rối Với số liệu từ nguồn NCEP/NCAR, sử dụng CAM3.0 chạy mô hạn dài, tiến hành đánh giá bước đầu cho hai năm lựa chọn ngâu nhiên Radiative parameterization in the atmospheric climate model - CAM3.0 Will be published in Scientific and Technical Hydro-Meteorological Journal “Study on the basic features, physic and structure o f the CAM 3.0 The CAM 3.0 is the fifth generation which is the latest version developed at the National Center Atmospheric Reseach-United State (NCAR) Parameterization is a very importance pari in a numerical climate model There are five parameterization moduls in CAM 30 including: radiation , precipitation, cloud, surface fluxes and turbulent N C E P /N C A R d a ta is u s e d to sim u late long-term c lim a te a n d to verify hvo ran dom yea rs " ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K H O A H Ọ C T ự N I IĨ Ê N KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NH ÂN KHOA HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH KHÍ TƯỢNG MƠ PHỞNG KHÍ HẬU BẰNG MƠ HÌNH CAM 3.0 Người hướng dẫn : TS Trần Quang Đức Người thực : HÀ NỘI - 2007 Đỏ Thanh Tùng SCIENTIFIC PROJECT BRANCH: EARTH SCIENCE PROJECT CATEGORY: HNƯ LEVEL Title: Study on the climate simulability o f the model CAM Code: Q T-07-47 M anaging Institution: University of Sciences, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Ha Noi Im plem enting Institution: Meteorological Department, HydroM eteorological and O ceanography Faculty C ollaborating Institutions: Ph D Dang Thi Hong Thuy C oordinator: 207 T5, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Ha Noi Key im plem entors Duration: from 1/2007 to 12/2007 Budget: 20.000,000 VND (-1.250 USD) 10 M ain results: - Sim ulated atmospheric climate and first verifying simulability of the m odel CAM3.0 - Training 01 graduated students - 01 paper 11 Evaluation grade: good PHIÉU ĐĂNG KÝ KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u KH-CN Ten đe tai: Nghiên cứu khả mô khí hậu mơ hình CAM Mã số: QT-07-47 Cơ quan chủ trì đê tài: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Địa chỉ: 334 N guyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Điện thoại: (04)8584943 - (04)5583811 C quan quản lý đề tài: Đại học Quốc gia Hà Nội Địa chỉ: 334 N guyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Tơng kinh phí thực chi: - Kinh phí trường: Hai mươi triệu đồng chẵn (20.000.000đ) Thời gian nghiên cứu: năm Thời gian bắt đầu: 2007 Tên cán phổi hợp nghiên cứu: - TS Trần Q uang Đức - Chủ nhiệm đề tài - TS Đặng Thị Hồng Thủy- Cán tham gia Số đăng ký đề tài Số chứng nhận đăng ký Bảo mật: Ngày: kết nghiên cứu: a Phổ biến rộng rãi: X Tóm tắt kết nghiên cứu: H iêu rõ tính sở, cấu trúc chương trình nguồn CAM - Chạy m ô đánh giá bước đầu mơ hình - Báo cáo - Bài báo Kiến nghị quimô đối tượng áp dụng nghiên cứu: Phô biên rộng rãi người quan tâm đến mơ hình khí khí hậu Thủ trưởng Chủ nhiệm quan chủ trì đề đề tài tài Chủ tịch Hội Thủ trưởng đồng đánh quan giá quản lý đề thức tài Trần Quang Họ tên t ó Đức ĨOh Tùm _7 Học hàm học vị Kí tên Đóng đấu Tầs.J2& 0ŨS.TS